專利名稱：碳膜包覆立銑刀及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能夠鋒利地加工被切削材料的碳膜包覆立銑刀及其制造方法。
技術(shù)背景
在由金剛石膜包覆切削刃表面的金剛石包覆切削工具中，以往提出例如研磨加工在切削刃上形成的大致圓弧部，并以大致圓弧部的角度成40°以下的方式局部地設(shè)置倒角的技術(shù)(參照專利文獻(xiàn)1)。并且，還提出研磨加工上述大致圓弧部，以使后角小于原來(lái)角度的技術(shù)(參照專利文獻(xiàn)2)。
此外，本說(shuō)明書中的切削刃表示包括切削工具的刀尖、與刀尖相接的前刀面的一部分以及與刀尖相接的后刀面的一部分的區(qū)域。
作為上述金剛石膜包覆切削工具的研磨方法，提出專利文獻(xiàn)3所記載的激光研磨方法。該激光研磨方法在金剛石覆膜的表面上掃描激光的焦點(diǎn)(使之移動(dòng))的同時(shí)，使金剛石覆膜本身移動(dòng)。這樣，通過(guò)使激光的焦點(diǎn)與金剛石覆膜這兩者相對(duì)運(yùn)動(dòng)，去除形成在金剛石覆膜表面的凸部。另外，專利文獻(xiàn)4所記載的加工工具的制造方法對(duì)金剛石覆膜垂直地照射波長(zhǎng)為266nm的激光來(lái)對(duì)加工工具進(jìn)行加工。
專利文獻(xiàn)1 日本專利第3477182號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)2 日本專利第3477183號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)3 日本專利第3096943號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)4 日本專利公開(kāi)第2009-6436號(hào)公報(bào)
上述現(xiàn)有技術(shù)中留有以下課題。
第一、在通過(guò)磨削加工形成切削刃時(shí)，由于金剛石比砂輪更硬，因此在加工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生砂輪的形態(tài)變化。結(jié)果難以高精度地進(jìn)行所需的形狀加工。
第二、邊使激光與金剛石覆膜共同進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)邊進(jìn)行掃描激光加工的方法進(jìn)一步需要依照加工對(duì)象物的形態(tài)所進(jìn)行的工件(被切削物)的移動(dòng)。因此，激光的焦點(diǎn)及金剛石覆膜的位置控制更為復(fù)雜。
第三、在對(duì)金剛石覆膜垂直地照射激光的加工方法中，加工后的形態(tài)易于反映加工前覆膜的起伏形狀。因此，加工前的覆膜需要形成為均勻的金剛石覆膜。所以，高精度的加工較難。
第四、當(dāng)在立銑刀的切削刃等的刀尖上形成金剛石覆膜時(shí)，由于對(duì)應(yīng)于金剛石覆膜的厚度，覆膜在刀尖上隆起形成，因此難以加工刀尖。因此，以往難以制作用金剛石覆膜涂覆且具有鋒利的刃口的立銑刀。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于前述課題而完成的，其目的在于提供一種碳膜包覆立銑刀，其由金剛石覆膜等碳膜包覆，且具有比以往更加鋒利的刃口，并且提供一種能夠高精度地加工制作該立銑刀的制造方法。CN 102528142 A
本發(fā)明為了解決所述課題而采用以下結(jié)構(gòu)。即，本發(fā)明的第一方面的碳膜包覆立銑刀，其特征在于，具有工具基體，具有基體刀尖和夾著所述基體刀尖相互鄰接的基體前刀面及基體后刀面；以及碳膜，形成在所述基體刀尖、所述基體前刀面及所述基體后刀面上，在所述碳膜上，在所述基體前刀面上的區(qū)域及所述基體后刀面上的區(qū)域分別形成有向所述工具基體凹陷的前刀面?zhèn)鹊陌济婕昂蟮睹鎮(zhèn)鹊陌济?，所述前刀面?zhèn)鹊陌济婕八龊蟮睹鎮(zhèn)鹊陌济嬖谒龌w刀尖上交叉從而在所述碳膜上形成碳膜刀尖，所述前刀面?zhèn)鹊陌济婧退龊蟮睹鎮(zhèn)鹊陌济娼徊嫘纬傻慕嵌刃∮谒龌w前刀面和所述基體后刀面所構(gòu)成的角度。
在該碳膜包覆立銑刀中，在基體前刀面上的區(qū)域及基體后刀面上的區(qū)域的碳膜上分別形成有向工具基體凹陷的前刀面?zhèn)鹊陌济婕昂蟮睹鎮(zhèn)鹊陌济?。進(jìn)而，前刀面?zhèn)鹊陌济媾c后刀面?zhèn)鹊陌济嬖诨w刀尖上交叉而在碳膜上形成碳膜刀尖。進(jìn)而，前刀面?zhèn)鹊陌济媾c后刀面?zhèn)鹊陌济娼徊嫘纬傻慕嵌刃∮诨w前刀面與基體后刀面所構(gòu)成的角度。通過(guò)具有以上的結(jié)構(gòu)，上述碳膜包覆立銑刀具有比以往更加鋒利的刃口。
S卩，通過(guò)包括碳膜刀尖的部分(切削刃)的碳膜表面相對(duì)于前刀面及后刀面的延長(zhǎng)面塌陷而被凹面化，從而能夠尖銳地形成碳膜刀尖的碳膜。結(jié)果在上述碳膜包覆立銑刀中，能夠得到比通過(guò)現(xiàn)有方法形成的倒角更加鋒利的刃口。
在上述碳膜包覆立銑刀中，所述碳膜可為金剛石膜。
另外，在上述碳膜包覆立銑刀中，由與所述碳膜刀尖正交的面所形成的所述前刀面?zhèn)鹊陌济婕八龊蟮睹鎮(zhèn)鹊陌济娴钠拭婵蔀閳A弧形狀。
另外，在上述碳膜包覆立銑刀中，所述前刀面?zhèn)鹊陌济婕八龊蟮睹鎮(zhèn)鹊陌济娴钠拭娴膱A弧形狀的曲率半徑可在5 μ m至3000 μ m的范圍內(nèi)。
另外，在上述碳膜包覆立銑刀中，所述前刀面?zhèn)鹊陌济婕八龊蟮睹鎮(zhèn)鹊陌济娴脑谂c所述碳膜刀尖正交且沿各自的面的方向上的寬度可在10 μ m至2000 μ m的范圍內(nèi)。
另外，在上述碳膜包覆立銑刀中，所述前刀面?zhèn)鹊陌济?a及所述后刀面?zhèn)鹊陌济?3a的深度可在2μπι至15μπι的范圍內(nèi)。
另外，在上述碳膜包覆立銑刀中，所述前刀面?zhèn)鹊陌济?a及所述后刀面?zhèn)鹊陌济娴脑谂c碳膜刀尖正交的方向上的寬度可在10 μ m至2000 μ m的范圍內(nèi)，所述前刀面?zhèn)鹊陌济?a及所述后刀面?zhèn)鹊陌济?a的深度可在2μπι至15μπι的范圍內(nèi)。
本發(fā)明的第二方面的碳膜包覆立銑刀的制造方法，為制造上述本發(fā)明的碳膜包覆立銑刀的方法，其特征在于，具有基體準(zhǔn)備工序，準(zhǔn)備具有基體刀尖和夾著所述基體刀尖相互鄰接的基體前刀面及基體后刀面的工具基體；碳膜形成工序，在所述工具基體的所述基體前刀面、所述基體后刀面以及所述基體刀尖上形成碳膜；以及激光加工工序，對(duì)所述碳膜照射激光束，加工形成在所述基體前刀面上的區(qū)域及所述基體后刀面上的區(qū)域的所述碳膜，從而分別在前刀面?zhèn)燃昂蟮睹鎮(zhèn)刃纬汕暗睹鎮(zhèn)鹊陌济婕昂蟮睹鎮(zhèn)鹊陌济?，所述前刀面?zhèn)扰c所述后刀面?zhèn)鹊陌济嬖谒龌w刀尖上交叉而形成碳膜刀尖，在所述激光加工工序中，所述激光束的光束剖面上的光強(qiáng)分布呈現(xiàn)為高斯分布，從所述碳膜刀尖前方朝向所述碳膜刀尖附近的所述前刀面?zhèn)然蛩龊蟮睹鎮(zhèn)鹊乃鎏寄ふ丈渌黾す馐?，所述激光束沿著所述碳膜刀尖的延伸方向進(jìn)行掃描。
該碳膜包覆立銑刀的制造方法在激光加工工序中，激光束的光束剖面上的光強(qiáng)分布呈現(xiàn)為高斯分布，且從碳膜刀尖前方朝向碳膜刀尖附近的前刀面?zhèn)然蚝蟮睹鎮(zhèn)鹊奶寄ふ丈浼す馐?，該激光束沿著碳膜刀尖的延伸方向進(jìn)行掃描從而形成所述凹面。結(jié)果是，從與碳膜刀尖正交的剖面觀察時(shí)，通過(guò)從碳膜刀尖的前方照射的激光束所形成的碳膜的切除痕呈現(xiàn)為圓弧形狀，且能夠沿著碳膜刀尖高精度地形成所述凹面。另外，由于激光束的外周側(cè)接觸于碳膜的前端部(刃口部分)，因此與激光束的中心部相比能夠降低激光束在該前端部的功率(強(qiáng)度)密度。其結(jié)果是能夠防止碳膜的前端部被過(guò)于切除而成為鈍角。
上述碳膜包覆立銑刀的制造方法在所述碳膜形成工序中，可通過(guò)CVD成膜涂覆， 將所述碳膜在所述基體刀尖上形成為比其他部分更加隆起。
上述碳膜包覆立銑刀的制造方法在碳膜形成工序中，通過(guò)將碳膜在基體刀尖上預(yù)先形成為比其他部分更加隆起，從而能夠較大地設(shè)置激光加工工序中的碳膜的切削余量。 因此，該碳膜包覆立銑刀的制造方法能夠形成更深的凹面及更加鋒利的刃口。此外，由于前刀面與后刀面這兩個(gè)面相靠近的基體刀尖為碳膜容易成長(zhǎng)的部位，因此能夠通過(guò)利用CVD 成膜較厚地涂覆碳膜來(lái)將碳膜在切削刃部分形成為比其他部分更加隆起。
在上述碳膜包覆立銑刀的制造方法中，所述碳膜可為金剛石膜，且所述激光束的波長(zhǎng)可為360nm以下。
在該碳膜包覆立銑刀的制造方法中，由于碳膜為金剛石膜且激光束的波長(zhǎng)為 360nm以下，因此能夠通過(guò)具有適于金剛石加工的波長(zhǎng)的激光束進(jìn)一步高精度地加工金剛石膜。
根據(jù)本發(fā)明的方面，實(shí)現(xiàn)以下的效果。
在本發(fā)明的第一方面的碳膜包覆立銑刀中，在基體前刀面上的區(qū)域及基體后刀面上的區(qū)域的碳膜上分別形成有向工具基體凹陷的前刀面?zhèn)鹊陌济婕昂蟮睹鎮(zhèn)鹊陌济?。進(jìn)而，前刀面?zhèn)鹊陌济婕昂蟮睹鎮(zhèn)鹊陌济嬖诨w刀尖上交叉而在碳膜上形成碳膜刀尖。進(jìn)而， 前刀面?zhèn)鹊陌济媾c后刀面?zhèn)鹊陌济娼徊娴慕嵌刃∮诨w前刀面與基體后刀面所構(gòu)成的角度。通過(guò)具有以上的結(jié)構(gòu)，上述碳膜包覆立銑刀能夠具有比以往更加鋒利的刃口。
另外，根據(jù)本發(fā)明的第二方面的碳膜包覆立銑刀的制造方法，由于在激光加工工序中，激光束的光束剖面上的光強(qiáng)分布呈現(xiàn)為高斯分布，且從碳膜刀尖的前方朝向碳膜刀尖附近的前刀面?zhèn)然蚝蟮睹鎮(zhèn)鹊奶寄ふ丈浼す馐?，該激光束沿著碳膜刀尖的延伸方向進(jìn)行掃描從而形成所述凹面，因此能夠沿著碳膜刀尖高精度地形成所述凹面，并能夠形成鋒利的刃口。
因此，本發(fā)明的碳膜包覆立銑刀及利用上述制法制作的碳膜包覆立銑刀，不僅碳膜所帶來(lái)的耐磨性優(yōu)異，而且鋒利度也很優(yōu)異，還適于作為非鐵金屬及復(fù)合材料加工用的立銑刀。


圖1是表示在本發(fā)明的碳膜包覆立銑刀及其制造方法的一實(shí)施方式中，碳膜包覆立銑刀的切削刃以及激光加工工序的主要部分的放大剖視圖。
圖2A是表示本實(shí)施方式的碳膜包覆立銑刀的側(cè)視圖。
圖2B是表示本實(shí)施方式的碳膜包覆立銑刀的刃部的主視圖。
圖3是表示本實(shí)施方式的碳膜包覆立銑刀的制造方法所使用的激光加工裝置的
圖4是表示在本實(shí)施方式中激光束的掃描方向與激光束的剖面形狀之間關(guān)系的說(shuō)明圖。圖5是表示在本實(shí)施方式中通過(guò)激光束所形成的碳膜的切除痕的示意圖。圖6是表示在本發(fā)明的碳膜包覆立銑刀及其制造方法的實(shí)施例中，在激光加工工序時(shí)的碳膜包覆立銑刀的主要部分的放大剖視圖。圖7A是本實(shí)施方式的碳膜立銑刀的刃部的主視圖。圖7B是本實(shí)施方式的碳膜立銑刀的刃部的側(cè)視圖。圖8A是作為本實(shí)施方式的碳膜立銑刀，刃數(shù)為兩個(gè)的碳膜立銑刀的刃部的主視圖。圖8B是作為本實(shí)施方式的碳膜立銑刀，刃數(shù)為三個(gè)的碳膜立銑刀的刃部的主視圖。圖8C是作為本實(shí)施方式的碳膜立銑刀，刃數(shù)為四個(gè)的碳膜立銑刀的刃部的主視圖。圖8D是作為本實(shí)施方式的碳膜立銑刀，刃數(shù)為六個(gè)的碳膜立銑刀的刃部的主視圖。符號(hào)說(shuō)明1 碳膜包覆立銑刀2 工具基體2a 切削刃2b基體刀尖2c 基體前刀面2d 基體后刀面3 碳膜3a 凹面3b碳膜刀尖4a 前刀面4b 后刀面Θ0基體前刀面與基體后刀面所構(gòu)成的角度θ 1由前刀面?zhèn)鹊陌济媾c后刀面?zhèn)鹊陌济娼徊嫘纬傻慕嵌?br> 具體實(shí)施例方式下面，參照?qǐng)D1至圖8對(duì)本發(fā)明的碳膜包覆立銑刀及其制造方法的一實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。此外，在以下說(shuō)明中使用的各附圖中有為了使各部件成為可識(shí)別或容易識(shí)別的大小而根據(jù)需要適當(dāng)更改比例尺的部分。如圖1所示，本實(shí)施方式的碳膜包覆立銑刀1為在工具基體2的基體前刀面2c、基體后刀面2d以及基體刀尖2b上形成有碳膜3的立銑刀。在該碳膜包覆立銑刀1中，在碳膜3上分別形成有在基體前刀面2c上的區(qū)域及所述基體后刀面2d上的區(qū)域向所述工具基體2凹陷的前刀面?zhèn)鹊陌济?a及后刀面?zhèn)鹊陌济?a。另外，前刀面?zhèn)鹊陌济?a及后刀面
7側(cè)的凹面3a在基體刀尖2b上交叉，從而在碳膜3上形成碳膜刀尖北。另外，前刀面?zhèn)鹊陌济?a與后刀面?zhèn)鹊陌济?a交叉的角度θ 1小于基體前刀面2c與基體后刀面2d所構(gòu)成的角度Θ0。如圖2A及圖2B所示，該碳膜包覆立銑刀1例如具備刀柄部Ia及具有設(shè)置在前端側(cè)的三刃碳膜刀尖北的刃部lb。如圖7A、圖7B、圖8A、圖8B、圖8C及圖8D所示，該碳膜包覆立銑刀1的刃部Ib也可以具有兩個(gè)到六個(gè)刃的刀尖北。在該碳膜包覆立銑刀1中，碳膜3的膜厚并不特別限定，但優(yōu)選為5至50 μ m，更優(yōu)選為8至20 μ m。上述工具基體2由例如WC(碳化鎢)等的硬質(zhì)合金形成。上述碳膜3為利用 CVD (化學(xué)氣相沉積法)等成膜形成的金剛石膜、石墨膜或DLC(類金剛石)膜等。在相鄰的前刀面如側(cè)的碳膜3的表面與后刀面4b側(cè)的碳膜3的表面上，如上所述分別形成有向工具基體凹陷的前刀面?zhèn)鹊陌济?a及后刀面?zhèn)鹊陌济?a。而且，這些前刀面如側(cè)與后刀面4b側(cè)的凹面3a的表面之間以碳膜刀尖北的棱線為邊界相互接觸。因此，在形成于這一對(duì)凹面3a的邊界的碳膜3的前端(刃口，碳膜刀尖北)的由所述前刀面?zhèn)鹊陌济?a與所述后刀面?zhèn)鹊陌济?a交叉形成的角度θ 1 (在與前刀面如及后刀面4b正交的面中的剖面上的碳膜刀尖北的前端角度)被形狀加工成小于基體前刀面 2c與基體后刀面2d所構(gòu)成的角度Θ0。換言之，涂覆在基體2上的碳膜3被加工為“ θ 1 < Θ0”。另外，形成在碳膜刀尖北上的碳膜3的前端部被加工為曲率半徑為2μπι以下。凹面的優(yōu)選的曲率半徑根據(jù)立銑刀的大小而不同，但在立銑刀直徑為0. 5 20mm 時(shí)，曲率半徑優(yōu)選在5 μ m至3000 μ m的范圍內(nèi)。進(jìn)一步優(yōu)選的曲率半徑為15 μ m至300 μ m。在與碳膜刀尖的延伸方向正交的方向上的上述凹面的寬度根據(jù)立銑刀的大小而不同，但在立銑刀直徑為0. 5 20mm時(shí)，凹面的寬度優(yōu)選在10 μ m至2000 μ m的范圍內(nèi)。進(jìn)一步優(yōu)選的凹面的寬度為20 μ m至1000 μ m。。上述凹面的深度根據(jù)立銑刀的大小而不同，但在立銑刀直徑為0. 5 20mm時(shí)，凹面的深度優(yōu)選在2μπι至15μπι的范圍內(nèi)。進(jìn)一步優(yōu)選的凹面的深度為2μπι至ΙΟμπι。在圖2中，作為本發(fā)明實(shí)施方式的立銑刀示出刃數(shù)為三個(gè)的立銑刀，但是只要不會(huì)對(duì)作為立銑刀的使用產(chǎn)生障礙，刃數(shù)并不特別限定于三個(gè)。例如，如圖8Α至圖8D所示， 也可以是刃數(shù)為三個(gè)以外的立銑刀。圖8Α中示出刃數(shù)為兩個(gè)的立銑刀的主視圖。圖8Β中示出刃數(shù)為三個(gè)的立銑刀的主視圖。圖8C中示出刃數(shù)為四個(gè)的立銑刀的主視圖。圖8D中示出刃數(shù)為六個(gè)的立銑刀的主視圖。接下來(lái)，參照?qǐng)D1至圖5，對(duì)制造本實(shí)施方式的碳膜包覆立銑刀的方法進(jìn)行說(shuō)明。本實(shí)施方式的碳膜包覆立銑刀1的制造方法具有基體準(zhǔn)備工序，準(zhǔn)備具有基體刀尖2b和夾著所述基體刀尖2b相互鄰接的基體前刀面2c及基體后刀面2d的工具基體2 ； 碳膜形成工序，在所述工具基體2的所述基體前刀面2c、所述基體后刀面2d及所述基體刀尖2b上形成碳膜；以及激光加工工序，對(duì)所述碳膜3照射激光束，加工形成在所述基體前刀面2c上的區(qū)域及所述基體后刀面2d上的區(qū)域的所述碳膜3，以在前刀面?zhèn)燃昂蟮睹鎮(zhèn)确謩e形成前刀面?zhèn)鹊陌济?a及后刀面?zhèn)鹊陌济?a。如圖5所示，在上述碳膜形成工序中，將碳膜3在基體刀尖2b上預(yù)先形成為比其他部分更加隆起。基體前刀面2c與基體后刀面2d這兩個(gè)面鄰接的基體刀尖2b上為通過(guò)化學(xué)蒸鍍(CVD)形成的碳膜3容易成長(zhǎng)的部位。因此，通過(guò)由CVD成膜較厚地涂覆碳膜3， 能夠如圖5所示，將碳膜3在基體刀尖2b上形成為比其他部分更加隆起。在上述激光加工工序中使用的激光加工裝置21為如圖3所示通過(guò)對(duì)包覆于工具基體2上的碳膜3照射激光束(激光)L來(lái)進(jìn)行加工的裝置。該激光加工裝置21具備激光照射機(jī)構(gòu)22、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)23、移動(dòng)機(jī)構(gòu)M以及控制部25。上述激光照射機(jī)構(gòu)22脈沖振蕩激光束L并以恒定的重復(fù)頻率對(duì)碳膜3進(jìn)行照射且在碳膜3上進(jìn)行掃描。上述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)23 具有可旋轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)等，且保持被碳膜3包覆的工具基體2，并對(duì)具有立銑刀形狀的被加工物賦予以立銑刀軸為中心的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在上述移動(dòng)機(jī)構(gòu)M上載置有上述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)23。該移動(dòng)機(jī)構(gòu)M能夠在載置上述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)23的狀態(tài)下改變所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的位置。上述控制部 25為了進(jìn)行所需的激光加工而適當(dāng)?shù)乜刂粕鲜黾す庹丈錂C(jī)構(gòu)22、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)23以及移動(dòng)機(jī)構(gòu)24。上述移動(dòng)機(jī)構(gòu)M具備可沿與水平面平行的任意的方向即X方向移動(dòng)的X軸載物臺(tái)部Mx ；可沿相對(duì)于上述X方向垂直且與水平面平行的方向即Y方向移動(dòng)的Y軸載物臺(tái)部My ；以及可沿相對(duì)于水平面垂直的方向即Z方向移動(dòng)的Z軸載物臺(tái)部Mz。上述Y軸載物臺(tái)部24y設(shè)置在上述X軸載物臺(tái)部2 上。上述Z軸載物臺(tái)部2 設(shè)置在上述Y軸載物臺(tái)部24y上。在該Z軸載物臺(tái)部2 上固定有上述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)23，且能夠保持工具基體2。上述激光照射機(jī)構(gòu)22具備激光光源沈、檢流計(jì)掃描器27以及CXD照相機(jī)28。 上述激光光源沈具有將激光匯聚成點(diǎn)狀的光學(xué)系統(tǒng)，并通過(guò)Q開(kāi)關(guān)的觸發(fā)信號(hào)振蕩出成為激光束L的激光。通過(guò)上述檢流計(jì)掃描器27，所照射的激光束L掃描被加工物的碳膜。CXD 照相機(jī)觀拍攝被保持狀態(tài)下的碳膜包覆工具基體2。而且，確認(rèn)工具基體2的加工位置。由該激光照射機(jī)構(gòu)22射出的激光束L為單模，在光束剖面上的光強(qiáng)分布呈現(xiàn)為高斯分布。即，在上述剖面內(nèi)劃出通過(guò)上述光束剖面的中心的任意直線，并測(cè)定該直線上的光強(qiáng)時(shí)，在中心點(diǎn)的光強(qiáng)最強(qiáng)，且隨著朝向上述光束剖面的兩個(gè)外側(cè)，光強(qiáng)減弱。另外，如圖4 所示，在聚光點(diǎn)中的光束剖面呈現(xiàn)為橢圓形狀。另外，激光照射機(jī)構(gòu)22使激光束L的掃描方向與橢圓形的光束剖面的長(zhǎng)軸方向或短軸方向一致。這是因?yàn)槿艏す馐鳯的掃描方向不與具有上述橢圓形狀的光束剖面的長(zhǎng)軸方向或短軸方向一致，而為相對(duì)于長(zhǎng)軸或短軸傾斜的方向時(shí)，則會(huì)導(dǎo)致在掃描末端部分，力口工形狀傾斜并產(chǎn)生偏移。此外，在本實(shí)施方式中，使激光束L的掃描方向與上述光束剖面的短軸方向一致。上述激光光源沈可使用能夠照射190 550nm的任一波長(zhǎng)的激光的光源，例如在本實(shí)施方式中，使用能夠振蕩并射出波長(zhǎng)為355nm的激光(Nd:YAG激光的三次諧波)的光源。此外，當(dāng)碳膜3為金剛石膜時(shí)，激光束L使用波長(zhǎng)為360nm以下的紫外線激光。在激光加工工序中的激光光源沈的波長(zhǎng)更優(yōu)選為190 550nm。進(jìn)一步優(yōu)選為 190 360nm。上述檢流計(jì)掃描器27配置在移動(dòng)機(jī)構(gòu)M的正上方。另外，上述CXD照相機(jī)28與檢流計(jì)掃描器27鄰接設(shè)置。在上述激光加工工序中，從基體刀尖2b的前方朝向碳膜刀尖北附近的前刀面如側(cè)或后刀面4b側(cè)的碳膜3照射光束剖面的光強(qiáng)分布為高斯分布的激光束L，進(jìn)而沿著基體刀尖2b的延伸方向進(jìn)行掃描而形成凹面3a。這里，基體刀尖2b的前方是指在圖5的工具剖視圖中，將基體前刀面與基體后刀面交叉而成的角的二等分線延長(zhǎng)至工具基體的外側(cè)時(shí)在該延長(zhǎng)線上的點(diǎn)。另外，該延長(zhǎng)線也可以以基體刀尖2b為支點(diǎn)在超過(guò)0°且不到90°的范圍內(nèi)向基體前刀面?zhèn)然蚧w后刀面?zhèn)葟澢娱L(zhǎng)。另外，基體刀尖2b的延伸方向是指在圖 5中與紙面正交的方向。另外，在激光加工工序中，從基體刀尖2b的前方照射激光束L，控制移動(dòng)機(jī)構(gòu)M或檢流計(jì)掃描器27，例如相對(duì)于前刀面如或后刀面4b以20°以下的角度照射碳膜3。另外， 沿基體刀尖2b的延伸方向即在圖1中與紙面垂直的方向掃描激光束L，并如圖5所示，激光掃描線以一行以上且十行以下的格柵狀(使激光束L的掃描線滑動(dòng)，并使各自的掃描線局部重疊的狀態(tài))進(jìn)行照射。此外，根據(jù)激光束L的聚光角度或焦點(diǎn)位置，適當(dāng)?shù)卦O(shè)定掃描線的個(gè)數(shù)。在本實(shí)施方式中，由于激光束L在聚光前接觸到工具基體2的壁面從而難以向所希望的部位照射，因此設(shè)定為十行以下。在該激光加工工序中，由于激光束L的光束剖面上的光強(qiáng)分布具有高斯分布，因此越靠近激光束L的中心，強(qiáng)度越高，越靠近激光束L的中心，加工深度越深，并且越靠近周邊，加工深度越淺。因此，接觸于碳膜3的前端(刃口部分)的激光束L的功率密度就會(huì)減弱。此外，根據(jù)碳膜3，有可能會(huì)從加工表面至1 μ m左右發(fā)生金剛石變成非晶質(zhì)碳等的結(jié)構(gòu)變化。從加工表面以Iym以下的厚度形成的非晶質(zhì)碳層在切削時(shí)作為彈性層發(fā)揮功能，從而具有抑制碳膜包覆立銑刀1的切削刃北的崩刀的作用。如此在本實(shí)施方式的碳膜包覆立銑刀1中，在碳膜3中的基體前刀面2c上的區(qū)域及基體后刀面2d上的區(qū)域分別形成有向工具基體凹陷的前刀面?zhèn)鹊陌济?a及后刀面?zhèn)鹊陌济?a。另外，前刀面?zhèn)鹊陌济?a及后刀面?zhèn)鹊陌济?a在基體刀尖2b上交叉從而在碳膜 3上形成碳膜刀尖北。而且，前刀面?zhèn)鹊陌济?a與后刀面?zhèn)鹊陌济?a交叉的角度Θ1小于基體前刀面2c與基體后刀面2d所構(gòu)成的角度Θ0。通過(guò)具有上述結(jié)構(gòu)，本實(shí)施方式的碳膜包覆立銑刀1能夠具有比以往更加鋒利的刃口。即，如圖1及圖5所示，與碳膜刀尖北接觸的前刀面?zhèn)燃昂蟮睹鎮(zhèn)鹊奶寄?的表面相對(duì)于前刀面如及后刀面4b的延長(zhǎng)面塌陷而被凹面化。因此，碳膜刀尖北部分的碳膜3被形成為尖銳的形狀，從而與形成如以往的倒角時(shí)相比能夠得到更加鋒利的刃口。另外，該碳膜包覆立銑刀1的制造方法在激光加工工序中，從基體刀尖2b的前方朝向碳膜刀尖北附近的前刀面如側(cè)或后刀面4b側(cè)的碳膜3照射光束剖面中的光強(qiáng)分布呈現(xiàn)為高斯分布的激光束L。而且，進(jìn)一步通過(guò)沿著基體刀尖2b的延伸方向掃描上述激光束L來(lái)形成凹面3a。通過(guò)具有上述結(jié)構(gòu)，在該碳膜包覆立銑刀1的制造方法中，如圖5所示，由于從基體刀尖2b的前方照射的激光束L所形成的碳膜3的切除痕的剖面呈現(xiàn)為圓弧狀，從而能夠沿著基體刀尖2b高精度地形成凹面3a。另外，由于激光束L的外周側(cè)接觸于碳膜3的前端部(刃口部分)，因此能夠降低該前端部中的激光束L的功率密度。其結(jié)果是能夠防止碳膜3的前端部(刃口部分)被過(guò)于切除而成鈍角。
進(jìn)而，在碳膜形成工序中，通過(guò)將碳膜3在基體刀尖2b上預(yù)先形成為比其他部分更加隆起，從而能夠較大地設(shè)置激光加工工序中的碳膜3的切削余量。其結(jié)果是通過(guò)該碳膜包覆立銑刀1的制造方法，能夠形成更深的凹面3a及更加鋒利的刃口。實(shí)施例接下來(lái)，參照?qǐng)D5及圖6說(shuō)明通過(guò)上述本實(shí)施方式的碳膜包覆立銑刀的制造方法實(shí)際制作的碳膜包覆立銑刀的實(shí)施例。在本實(shí)施例中，通過(guò)能夠照射波長(zhǎng)為^2nm(Nd:YLF激光(基波波長(zhǎng)為1047nm) 的四倍波)、重復(fù)頻率為10kHz、平均輸出為0. Iff的激光的上述激光加工裝置，由f θ透鏡 (焦距f= 150mm)匯聚激光，并使用檢流計(jì)掃描器以25mm/s的掃描速度按照相同的軌跡掃描四次，從而對(duì)將由氣相合成所形成的金剛石覆膜作為碳膜3來(lái)實(shí)施的立銑刀1的切削刃加進(jìn)行使其鋒利的加工。此外，作為準(zhǔn)備，如圖6所示，通過(guò)氣相合成在硬質(zhì)合金制的工具基體2上形成平均膜厚為17 μ m的金剛石膜，并在切削刃加即由后刀面4b與前刀面如所構(gòu)成的棱線部 (碳膜刀尖3b)上以比平均膜厚更厚的方式形成金剛石膜即碳膜3。此外，對(duì)碳膜膜質(zhì)的測(cè)定使用拉曼光譜法。另外，如上所述，切削刃加的部分由于成膜部位比平面更多，因此成膜有較厚而圓形化的金剛石膜(碳膜3)。例如，如圖1所示，首先將從工具基體2的基體刀尖2b沿著前刀面如距離100 μ m 以上的前刀面如上的區(qū)域的平均碳膜厚度定義為平均膜厚ta。接著，將從基體刀尖2b沿著前刀面如距離50 μ m以內(nèi)的前刀面上的區(qū)域的平均碳膜厚度定義為平均膜厚te。該平均碳膜厚te包括激光加工前的上述較厚而圓形化的部分的一部分。在本實(shí)施例中，將上述平均膜厚ta設(shè)為5μπι以上。進(jìn)一步，以成為“te > ta”的關(guān)系的方式成膜金剛石膜。接著，使前刀面如及后刀面4b相對(duì)于激光束L的照射方向傾斜10°，并從各個(gè)方向與基體刀尖2b的棱線平行地掃描激光束L。在此情況下，激光束L與最終形成的碳膜刀尖北的延伸方向平行地掃描。如圖5所示，最初的激光束照射目標(biāo)位置Pl設(shè)定在從前刀面如及后刀面4b的平均高度(不包含形成在切削刃加的部分的較厚且圓形化的部分) 的延長(zhǎng)線4d、k與切削刃加部分的較厚且圓形化的碳膜3表面的交點(diǎn)向碳膜刀尖北的外側(cè)偏移4μπι的位置。在如此使用上述制造方法制作的碳膜包覆立銑刀1中，當(dāng)工具基體2的前角為 19°時(shí)，在對(duì)碳膜3進(jìn)行激光加工而形成的碳膜包覆立銑刀1中，前角為21°，前角保持更大的角度。對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例的碳膜包覆立銑刀進(jìn)行切削試驗(yàn)，表1示出測(cè)定加工面的表面粗糙度Rz(最大高度)的結(jié)果。另外，作為比較例，在表1中一并示出對(duì)未經(jīng)激光加工的由碳膜(金剛石膜)包覆的以往的立銑刀進(jìn)行同樣的測(cè)定的結(jié)果。此外，將鋁合金Α7075作為工件(被切削物)來(lái)使用，切削條件如表1所示。表1
權(quán)利要求
1.一種碳膜包覆立銑刀(1)，其特征在于，具有工具基體O)，具有基體刀尖Ob)和夾著所述基體刀尖Ob)相互鄰接的基體前刀面 (2c)及基體后刀面Od)；以及碳膜(3)，形成在所述基體刀尖(2b)、所述基體前刀面Qc)及所述基體后刀面Od)上，在所述碳膜C3)上，在所述基體前刀面Oc)上的區(qū)域及所述基體后刀面Od)上的區(qū)域分別形成有向所述工具基體凹陷的前刀面?zhèn)鹊陌济?3a)及后刀面?zhèn)鹊陌济?3a)，所述前刀面?zhèn)鹊陌济?3a)及所述后刀面?zhèn)鹊陌济嬖谒龌w刀尖Ob)上交叉，從而在所述碳膜( 上形成碳膜刀尖(3b)，所述前刀面?zhèn)鹊陌济?3a)與所述后刀面?zhèn)鹊陌济?3a)交叉形成的角度(θ 1)小于所述基體前刀面Oc)與所述基體后刀面Od)所構(gòu)成的角度(θ 0)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳膜包覆立銑刀(1)，所述碳膜為金剛石膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的碳膜包覆立銑刀(1)，由與所述碳膜刀尖(3b)正交的面所形成的所述前刀面?zhèn)鹊陌济?3a)及所述后刀面?zhèn)鹊陌济娴钠拭鏋閳A弧形狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的碳膜包覆立銑刀(1)，所述前刀面?zhèn)鹊陌济?3a)及所述后刀面?zhèn)鹊陌济娴钠拭娴膱A弧形狀的曲率半徑在5 μ m至3000 μ m的范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的碳膜包覆立銑刀(1)，所述前刀面?zhèn)鹊陌济?3a)及所述后刀面?zhèn)鹊陌济娴脑谂c碳膜刀尖正交且沿各自的面的方向上的寬度在10 μ m至2000 μ m的范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的碳膜包覆立銑刀(1)，所述前刀面?zhèn)鹊陌济?3a)及所述后刀面?zhèn)鹊陌济?3a)的深度在2μπι至15μπι的范圍內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的碳膜包覆立銑刀(1)，所述前刀面?zhèn)鹊陌济?3a)及所述后刀面?zhèn)鹊陌济娴脑谂c碳膜刀尖正交的方向上的寬度在10 μ m至2000 μ m的范圍內(nèi)，所述前刀面?zhèn)鹊陌济?3a)及所述后刀面?zhèn)鹊陌济?3a)的深度在2 μ m至15 μ m的范圍內(nèi)。
8.一種碳膜包覆立銑刀的制造方法，為制造碳膜包覆立銑刀的方法，其特征在于，具有基體準(zhǔn)備工序，準(zhǔn)備具有基體刀尖Ob)和夾著所述基體刀尖Ob)相互鄰接的基體前刀面Oc)及基體后刀面Od)的工具基體O)；碳膜形成工序，在所述工具基體O)的所述基體前刀面(2c)、所述基體后刀面Od)以及所述基體刀尖Ob)上形成碳膜；以及激光加工工序，對(duì)所述碳膜C3)照射激光束，加工形成在所述基體前刀面Oc)上的區(qū)域及所述基體后刀面Od)上的所述碳膜(3)，從而分別在前刀面?zhèn)燃昂蟮睹鎮(zhèn)刃纬汕暗睹鎮(zhèn)鹊陌济?3a)及后刀面?zhèn)鹊陌济?3a)，所述前刀面?zhèn)燃八龊蟮睹鎮(zhèn)鹊陌济?3a)在所述基體刀尖上交叉并形成碳膜刀尖 (3b),在所述激光加工工序中，所述激光束的光束剖面上的光強(qiáng)分布呈現(xiàn)為高斯分布， 從所述碳膜刀尖的前方朝向所述碳膜刀尖附近的所述前刀面?zhèn)然蛩龊蟮睹鎮(zhèn)鹊乃鎏寄ふ丈渌黾す馐?，所述激光束沿著所述碳膜刀尖的延伸方向進(jìn)行掃描。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的碳膜包覆立銑刀的制造方法，在所述碳膜形成工序中，通過(guò)CVD成膜涂覆，將所述碳膜在所述基體刀尖上形成為比其他部分更加隆起。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的碳膜包覆立銑刀的制造方法， 所述碳膜為金剛石膜，所述激光束的波長(zhǎng)為360nm以下。
全文摘要
本發(fā)明提供一種碳膜包覆立銑刀，該碳膜包覆立銑刀由金剛石覆膜等碳膜包覆，且具有比以往更加鋒利的刃口。另外，提供一種能夠高精度地加工制作該立銑刀的制造方法。該碳膜包覆立銑刀的特征在于，在基體前刀面上的區(qū)域及所述基體后刀面上的區(qū)域的碳膜上分別形成有凹面，這些凹面在基體刀尖上交叉而形成碳膜刀尖，這些凹面的交叉角度小于所述基體前刀面(2c)和所述基體后刀面(2d)所構(gòu)成的角度(θ0)。
文檔編號(hào)C23C16/56GK102528142SQ20111043965
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月26日
發(fā)明者日向野哲, 松本元基, 田中洋光, 高橋正訓(xùn) 申請(qǐng)人:三菱綜合材料株式會(huì)社